Foton har en bestemt bølgelængde $ \ lambda $. Forestil dig, at vi oprettede en tilstandslåst puls med $ 80 \: \ text {MHz} $ gentagelsesfrekvens, dvs. puls er adskilt med $ 13 \: \ text {ns} $. Pulsvarigheden er $ 4 \: \ text {ps} $, jeg forstår, at pulsen har et meget bredt frekvensområde. Man kan forestille sig, at en puls er sammensat af mange monokromatiske bølger med forskellige bølgelængder, der tilføjes sammen i fase (i dispersionsløst medium). Så hvis spidseffekten er $ 100 \: \ text {W} $, og jeg ønsker at beregne antallet af fotoner i en puls, hvordan skal jeg tage vægten af hver bølgelængde? Eller skal man blot beregne ved hjælp af centerbølgelængden? Jeg tror, at andre komponenter spiller en rolle i forskellig energi.
Hele ideen med dette spørgsmål er, at jeg er nødt til at lave et enkelt foton-korrelationseksperiment ved at kombinere en enkelt foton (fra det svage signal) med en puls ( fra den stærke pumpe), Men hvis man registrerer pulsen, hvordan kunne en hvilken bølgelængde opkonvertere den enkelte foton? Jeg forestillede mig, at pulsen er sammensat af mange fotoner, der føjes sammen.
Opdatering: Min ven foreslog, at hvis pumpepulsen kombineret med fotonet fra et svagt signal, har du pulsens midterbølgelængde kombineret med midterbølgelængden af fotonet for at få en ny frekvens, og du kan filtrere andre bølgelængdekomponenter ud for at udføre en enkelt fotondetektion.
Svar
Lasning er en kvantemekanisk effekt, og frekvensen har en meget snæver fordeling i frekvens fra bredden af energiniveauerne i overgange. Se dette link for linjebredder.
Så den måde, jeg ville behandle på for at finde energien i et tidsinterval på en laserstråle, er at integrere det klassiske elektriske felt i kvadrat foldet med frekvensfordelingen, dvs. få energien til det tidsinterval. Find den gennemsnitlige fotonfrekvens ved hjælp af den samme fordeling, og del energien i pulsen med den gennemsnitlige foton E = h * nu energi. Det skulle give antallet af fotoner med en fejl angivet ved bredden af den Lorentziske fordeling.
En puls ville være sammensat af et enormt antal fotoner (en foton hører til kvantemekanikens ramme), i superposition af deres bølgefunktioner, der udgør det klassiske felt. Hvis du kender QED, hvordan dette sker, diskuteres her .
Enkeltfotonmålinger vises her.
Svar
En nem tilgang er at tage pulsenes samlede energi og dele den med den midterste optiske pulseringstider $ \ hbar $: $$ N_ {fotoner} \ approx \ frac {\ text {Total energi af Én puls}} {\ hbar \ omega_ {center}} = \ frac {\ int_0 ^ {+ \ infty} dt P_ {opt} (t)} {\ hbar \ omega_ {center}} $$
Denne tilnærmelse gælder, når impulsens spektrale bredde $ \ Delta \ omega $ er lille sammenlignet med centerpulsationen $ \ omega_ {center} $.
Når du begynder at arbejde med ultrakorte impulser (varigheden af pulsen falder og dens spektrale bredde øges), skal du muligvis tage højde for den spektrale pulsationsfordeling af dine fotoner, som du kan måle via en optisk spektrumanalysator for eksempel.
Skål
Svar
Jeg arbejdede som firmwareingeniør for femto anden sekund Maitai. Dette er den automatiserede version af tsunamien, en velkendt laser i branchen.
Frekvensen eller bølgelængden justeres ved at flytte en spalte i et prisme, og båndbredden justeres ved at ændre åbningen af spalten. Den maksimale effektivitet er ved 800 nm.
Frekvensfordelingen er gaussisk, der beskriver en symetrisk fordeling over og under 800 nm og en form svarende til enhver retfærdig terning som set i statistisk matematik. Dette betyder, at du kan beregne antallet af fotoner, som hvis de alle havde samme frekvens.
Kommentarer
- I ' Jeg er ikke sikker på, at jeg er enig i, at dette ikke er et svar. En del af spørgsmålet er " hvordan tager jeg højde for spredningen i bølgelængderne, kan jeg bare bruge den centrale værdi? " og dette er et svar, der definerer nogle omstændigheder, under hvilke brug af den centrale værdi af bølgelængde / frekvensfordeling er okay.